本发明专利技术涉及用于锂离子电池的电解质溶液组合物，这些电解质特征是比现有技术已知的溶液挥发性低，同时保持使用石墨基负极活性材料的优异的电池性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电解质溶液组合物和使用这些电解质溶液的锂离子电池。这些电解质特点是比现有技术已知的溶液挥发性低，同时保持使用石墨基负极活性材料的优异的电池性能。锂离子电池的每个部件必须能够保证重复承受这些电压表示的非常高的电化学氧化还原电势。只适用于其它类型电池的许多熟知的电解质溶剂不表现出锂离子电池用途中所必需的稳定性。除了反复试验以外，似乎没有该技术可以接受的普遍方案用于选择表现出必需的稳定性的电解质溶剂。实际上，这已经把锂离子电池技术中所用的电解质溶剂的选择限制于脂肪族和环状有机碳酸酯，主要是碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙二酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)，和单酯如乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、甲酸甲酯(MF)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)和γ-丁内酯(GBL)，如B.A.Johnson和R.E.White在“市售锂离子电池的特性”，能源学报，70，48-54，(1998)中所述。更常见的是，以包含环状有机碳酸酯(通常是EC和PC)和脂肪族碳酸酯(通常是DMC、DEC或EMC)的混合物形式使用这些电解质溶剂，如Matsushita的美国专利No.5,525,443中所公开的。已经发现这些混合物在实践中已经取得了希望性能的优异组合，例如在很宽温度范围内有高离子电导率和较低的挥发性，并在锂离子电池中获得了优异的寿命和性能。在M.Wakihara和O.Yamamoto编，Wiley VCH于1998年出版的“锂离子电池，原理和性能”的第7章中，M.Morita和Y.Matsuda的“可再充电的锂电池用有机电解质”中也很好地描述了该技术的现状。公开了用于锂离子电池的电解质溶剂的专利技术是很多的。所公开的适用于锂离子电池的电解质溶剂分三个大类(1)卤素取代的有机碳酸酯，如2-氟乙烯碳酸酯，(2)有机碳酸酯与脂肪族或环状酯的混合物，如EC+DMC+甲酸甲酯，和(3)不饱和有机碳酸酯，如碳酸亚乙烯酯。该技术范围的代表如下美国专利5,192,629，其中公开了碳酸乙二酯和碳酸二甲酯的混合物，比例为20/80-80/20；美国专利5,474,862其中公开了环状和脂肪族有机碳酸酯与CH3CHC(O)OR的一种混合物，这里R＝C1-C3的烷基；美国专利5,571,365，其中公开了EC、PC和氯乙烯碳酸酯的一种混合物；美国专利5,578,395，其中公开了EC、二甲氧基乙烷(DME)和碳酸丁二酯(BC)的一种混合物；美国专利5,626,981，其中公开了环状和脂肪族有机碳酸酯以及一种不饱和有机碳酸酯，如碳酸亚乙烯酯(VC)的一种混合物；美国专利5,626,985，公开了环状和脂肪族有机碳酸酯与40-80％的醚(如DME)的混合物；美国专利5,633,099，其中，公开了脂肪族不对称氟化有机碳酸酯；美国专利5,659,062，其中公开了CH3OC(O)OCH2CR3，这里，R＝C1-C2烷基，F取代烷基或F；美国专利5,773,165，其中公开了与GBL(10-25％、DMC和EC/MA混合的EC/PC(50-60％)。在该技术的每种情况下，脂肪族酯或脂肪族有机碳酸酯是组合物中必需的成分，以获得被认为是大多数锂离子电池用途中所需要的离子电导率。然而，脂肪族酯和脂肪族有机碳酸酯不利的是在电池制造期望的某些条件下短效且易燃。在该技术中，对于挥发性和可燃性降低的高电导率电解质组合物存在明显的需求。Webber的美国专利5,219,683公开了Y-O-X-O-C(O)-R型溶剂的使用，其中，R是C1-C10的烷基，X是C1-C8的脂肪族基团，Y是C1-C10的烷基或羰基。它们的优选的组合物包括乙二醇二乙酸酯，优选的是与碳酸丙二酯和一种盐(例如三氟甲烷磺酸锂)混合。权利要求是二乙酸酯溶剂在锂一次电池(如Li/FeS2电池)中的使用。溶剂承受的最大电压约2伏。Horiba等人的JP 86017106在锂一次电池中使用了来自二羧酸的二酯。举例说明的电池的开路电压为2.9伏，不经过再充电。Liu等人的WO 99/44246描述了使用己二酸二烷基酯二元酯为基础的塑化剂制备的锂离子聚合物电池。根据Liu等人，在电池电解质加入前，己二酸酯塑化剂通过一个萃取过程基本从电池中除去。然而，Liu等人说明最高为20wt％的残余己二酸酯塑化剂不影响电池性能。Chang在WO 00/01027中公开了不含α氢的丙二酸二酯在锂离子电池中作为电解质溶剂的使用。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括一种正极、一种负极、布置在正极和负极之间的一种隔板，和一种含有溶剂和锂离子的电解质溶液，所述正极、负极或隔板的至少一种与所述电解质溶液离子导电性接触；且所述溶剂由通式R1C(O)OR2OC(O)R3(I)或由通式R1OC(O)R2C(O)OR3(II)表示，其中，R1和R3的每一种独立地表示一种1-4个碳的脂肪族烷基，C(O)表示羰基，R2是2或3个碳的链烯基。专利技术详述为了本专利技术的目的，术语“电解质溶剂”指的是在锂电池中的使用条件下为液体的物质的任何组合物，用于提供一种或多种离子溶解在其中的介质并且离子通过它传输同时电池进行充电或放电。术语“锂电解质”指的是溶解在电解质溶剂中提供锂离子并通过电解质溶剂传送锂离子的物质的任何组合物。术语“电解质溶液”指的是其中溶解了由锂电解质提供的锂离子的电解质溶剂。在本专利技术中意外地发现，在现有技术中以前已知的有一个或多个酯基的只用作一次锂电池的合适的溶剂的一些酯，非常适合于可再充电的锂离子电化学电池的非常苛刻的氧化环境。现已发现，含有两个或多个酯基的酯，其特征是具有比锂离子电池以前使用的单酯和脂肪族有机碳酸酯沸点更高的理想沸点，是以前所用酯的优选替代物，优选的是与环状有机碳酸酯混合，来满足降低可燃性和挥发性的电解质溶剂的要求，同时赋予高离子电导性和在二次锂离子电池中的高氧化稳定性。本专利技术的酯用来在锂离子电池中所用的离子导电成分中全部或部分替代现有技术的单酯和脂肪族有机碳酸酯。适合于本专利技术的实践的酯由通式R1C(O)OR2OC(O)R3(I)或由通式R1OC(O)R2C(O)OR3(II)表示，其中，R1和R3的每一种独立地表示一种1-4个碳的脂肪族烷基，C(O)表示羰基，R2表示一种链烯基，由通式 表示，这里，n＝2或3，X和Y分别独立地是一种1-4个碳原子的烷基基团、H或F，条件是除了在中心的亚甲基n＝3的情况下，X和Y不可能都是F。优选的是X和Y是H。优选的是R1和R3是相同的；更优选的是R1和R3是甲基或乙基，n＝2。最优选的是，二酯是丁二酸二甲酯，CH3OC(O)CH2CH2C(O)OCH3。在本专利技术的一种实施方案中，通过使至少一种适合于本专利技术的实践的二酯与环状碳酸酯(优选的是碳酸丙二酯或碳酸乙二酯)混合形成一种电解质溶剂，体积比为90∶10-30∶70。在优选的实施方案中，碳酸乙二酯与丁二酸二甲酯分别以67∶33的体积比混合。在另一个实施方案中，把至少一种适合于本专利技术的实践的二酯与锂离子电池的至少一种部件混合，根据用其它液体电解质溶剂进行的现有技术的说明，该部件是正极、负极和隔板。在正极和负极的情况下，根据现有技术的实践，电解质溶剂与电极活性材料和向其中加本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电极组合物，包含与石墨基电极活性材料离子导电性接触的一种锂电解质溶液，其中，所述溶液包含一种锂电解质和一种由通式Ｒ↑［１］Ｃ（Ｏ）ＯＲ↑［２］ＯＣ（Ｏ）Ｒ↑［３］ （Ⅰ）或由通式Ｒ↑［１］ＯＣ（Ｏ）Ｒ↑［２］Ｃ（Ｏ）ＯＲ↑［ ３］ （Ⅱ）表示的溶剂，其中，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［３］各自独立地表示一种１－４个碳的脂肪族烷基，Ｃ（Ｏ）表示羰基，Ｒ↑［２］是２或３个碳的链烯基。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：CM多伊勒，AE菲林，PG贝基尔里安，WB范哈姆，SK蔡，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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